EP3860822A1

EP3860822A1 - Verfahren zur herstellung von polymeren, in welchen füllstoffe eingearbeitet und homogen verteilt sind

Info

Publication number: EP3860822A1
Application number: EP19790125.9A
Authority: EP
Inventors: Daniel Gneuss; Detlef Gneuss; Stephan Gneuss
Original assignee: Gneuss GmbH
Current assignee: Gneuss GmbH
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2021-08-11
Also published as: WO2020069701A1; CN112823089B; CN112823089A; US20210221965A1; DE102018124523B4; DE102018124523A1

Abstract

Zur Herstellung von Polymeren, in welchen Füllstoffe mit Partikelgrößen kleiner 10 μm eingearbeitet und homogen verteilt sind, wird ein Polymer-Eingangsmaterial in einen Doppelschneckenextruder (1) eingegeben und dort zu einer Schmelze aufgeschmolzen. In einer Förder- und Mischstrecke (4) wird eine Suspension, die aus den Füllstoffen und einer Trägerflüssigkeit besteht, in die Schmelze injiziert. Dabei wird die Schmelzeviskosität durch Einspritzen der Trägerflüssigkeit in der Förder- und Mischstrecke (4) erniedrigt, indem als Polymer ein spaltbares Polykondensat und als Trägerflüssigkeit das bei der Polykondensation anfallende niedermolekulare Abspaltprodukt verwendet werden, so dass das aufgeschmolzene Polymer innerhalb der Förder- und Mischstrecke (4) wenigstens teilweise depolymerisiert wird. Die Mischung aus der durch Aufspaltung in ihrer Viskosität reduzierten Schmelze, der restlichen Trägerflüssigkeit und den Füllstoffen wird homogenisiert. Abschließend wird die Viskosität der Schmelze wieder erhöht. In einem Entgasungsextruder (2) wird zur Viskositätserhöhung eine Polykondensation durchgeführt, indem ein Vakuum angelegt und das Abspaltprodukt mittels des Vakuums aus dem Entgasungsextruder (2) abgeschieden wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Polymeren, in welchen Füllstoffe eingearbeitet und homogen verteilt sind

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polymeren, in welchen Füllstoffe eingearbeitet und homogen verteilt sind, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 .

Es ist bereits bekannt, die Eigenschaften wie Aussehen, Haptik, Leitfähigkeit, Festigkeit usw. von Kunststoffen durch Einbringen von Füllstoffen in eine ent- sprechende Kunststoffschmelze zu beeinflussen. Dabei ist festzustellen, dass mit abnehmendem Partikeldurchmesser des Füllstoffes das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen des Füllstoffes zunimmt. Da dieses Verhältnis oder die Oberfläche der Füllstoffe in einer Reihe von Anwendungen die Eigenschaften der Kunststoffe wesentlich bestimmt, ist es häufig notwendig, möglichst feine Partikel zu verwenden. Dabei ist dafür Sorge zu tragen, dass die Partikel nicht verklumpen, da bei verklumpten Partikeln das oben erwähnte Verhältnis bzw. die aktive Oberfläche wieder kleiner würde. Oft ist man bestrebt, sogenannte Nanoteilchen mit Durchmessern kleiner 100nm einzusetzen. Wegen der Zu nahme des Oberflächen-Volumen-Verhältnisses wird es bei abnehmender Teilchengröße immer schwieriger, eine Agglomeratbildung der Füllstoffe zu verhindern, so dass klassische Methoden, wie z.B. aus der DE 10 2009 013 418 A1 bekannt, nach denen Nanopartikel in Form von Pulver in die Schmelze eingemischt werden, sich in der Praxis als nicht geeignet erweisen.

Es ist aber auch bekannt, Füllstoffe aufweisende Suspensionen in eine Schmelze einzubringen und nach Vermischen der Suspension mit der Schmelze den flüssigen Bestandteil der Suspension der Schmelze zu entzie- hen. Aus der WO 201 1/ 060 839 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von feinst verteilte Füllstoffe aufweisenden Polymeren bekannt. Einem Doppelschne- ckenextruder wird über den Trichter Polymer-Eingangsmaterial zugeführt und darin unter Druckaufbau gefördert und erschmolzen. Nach dem Druckaufbau wird in der Förder- und Mischzone eine Füllstoffsuspension in die Schmelze injiziert, wobei der Schmelzedruck über dem Dampfdruck liegt. Nach dem ho- mogenen Vermischen von Polymer und Fülfstoffsuspension wird die Mischung am Ende einer Förder- und Mischstrecke in einer Entgasungseinrichtung ent- gast, wobei das Lösungsmittel verdampft.

Das Verfahren eignet sich aber nicht für mittel bis hochviskose Polymere, denn einer homogenen Durchmischung des Polymers mit dem Füllstoff steht die im Vergleich zur Trägerflüssigkeit hohe Viskosität der Schmelze entgegen. Trotz der Dispersion der Füllstoffe in einem flüssigen Lösungsmittel kann ein hoher Durchmischungs- und Verteilungsgrad nur durch Verwendung von besonderen mechanischen Rühr- und Mischvorrichtungen, also mit viel Antriebsleistung und Druck, erreicht werden.

Bei dem in DE 2 409 541 A beschriebenen Verfahren werden Füllstoffe in eine polymere, klebrige Grundsubstanz dadurch eingebracht, dass die Füllstoffe fein zerkleinert und in einem Verhältnis von 1 :7 zur Grundsubstanz in diese eingemischt werden. Das Einmischen erfolgt über mechanische Mischvorrich- tungen wie Rühr- und Knetmaschinen.

DE 10 2005 025 975 A1 beschreibt die Herstellung hochmolekularer Polymere durch Festphasenkondensation. Dieses Verfahren ist nicht im Durchlaufbetrieb in einem Extruder durchführbar. Ein Zusammenhang mit der Einmischung feinster Füllstoffe ist nicht beschrieben.

GB 1 373 155 A beschreibt die gezielte Depolymerisation von Gummi- und Kunststoffabfällen in einem Mehrschneckenextruder, wobei die Extruderschne- cken in einer Ebene nebeneinander angeordnet sind. Ein Zusammenhang mit der Einmischung feinster Füllstoffe ist auch hier nicht gegeben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines gefüllten Polymers anzugeben, das mit feinst verteilten Füllstoffen mit Partikel- größen kleiner 10 gm wie z.B. Nanopartikel gefüllt ist, durch welches Verfahren die Füllstoffe schnell, mit geringem Energieaufwand und besonders gleichmä- ßig in eine mittel- bis hochviskose Polymer-Schmelzen eingemischt werden können, ohne eine Schädigung des Polymers zu verursachen.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren m it den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

Während üblicherweise bei der Weiterverarbeitung darauf geachtet wird, ein einmal hergestelltes Polymer nicht nachteilig zu verändern, geht die Erfindung genau diesen Schritt: es wird ein durch eine Rückreaktion in Monomere spalt- bares Polymer verwendet, um die Füllstoffe aufzunehmen, und es wird als Trä- gerflüssigkeit für die Füllstoffe genau dasjenige niedermolekulare Spaltprodukt verwendet, das bei der Bildungsreaktion abgespalten wird. Somit wird nach der Erfindung bewusst die Rückreaktion eingeleitet, so dass vor und/oder während der Einmischung der Füllstoffe und der Homogenisierung der Suspension eine Depolymerisierung erfolgt, welche die Viskosität des Polymers reduziert.

Für die Erfindung können als Polymer alle Polykondensate verwendet werden, bei denen unter den bei einer Schmelzeextrusion einstellbaren Bedingungen, z. B. hinsichtlich Temperatur und Druck, die Rückreaktion zur Polykondensa- tion eingeleitet werden kann, sobald das Abspaltprodukt als Trägerflüssigkeit zugegeben wird. Als Kunststoffe kommen somit Polyester, Polyamide und Po- lycarbonate in Betracht und als Trägerflüssigkeit Wasser oder ein- oder mehr- wertige Alkohole.

Die meisten in der Kunststofftechnik wichtigen Polykondensate spalten bei ih- rer Synthese Wasser ab, so dass durch spätere Wasserzugabe die Hydrolyse als Rückreaktion eingeleitet wird. Dementsprechend wird die Erfindung nach- folgend unter Betrachtung von Wasser als Trägerflüssigkeit für die Suspension beschrieben, auch wenn andere geeignete Trägerflüssigkeiten ebenso von der Erfindung mit umfasst sind.

Wenn nun die Trägerflüssigkeit in das zuvor aufgeschmolzene Polymer injiziert wird, egal ob die Trägerflüssigkeit schon als Suspension mit den Füllstoffen injiziert wird oder zunächst noch in reiner Form, so setzt unter der Wirkung von Druck und Temperatur im Doppelschneckenextruder sofort eine Flydrolyse oder sonstige Rückreaktion ein. Lange Polymerketten werden geteilt, und die Viskosität sinkt massiv. In der Folge verwischen die Viskositätsunterschiede zwischen der einzuspritzenden Suspension und der inzwischen niedrig visko- sen Polymerschmelze. In diesem Stadium kann sehr gut und schnell und nur mit geringer zum Rühren und Mischen benötigten mechanischen Antriebsleis- tung eine homogene Verteilung erreicht werden. Zwar muss einerseits die am Ende auschlaggebende homogene Verteilung der Füllstoffe im Polymer er- reicht werden, aber auch eine homogene Verteilung der restlichen Trägerflüs- sigkeit muss erreicht werden, damit es bei der sich anschließenden Entfernung der Trägerflüssigkeit nicht zu lokalen Entmischungen kommt.

Dadurch, dass die Schmelze in dieser Verfahrensphase eine wesentlich nied- rigere Viskosität aufweist, lassen sich die Füllstoffe gut in die Schmelze einmi- schen, so dass schnell eine homogene Mischung der Füllstoffe, wie z.B. Na- nopartikel, mit der Schmelze entsteht. Die Füllstoffe verbleiben in der Suspen- sion, bis sie mit der Schmelze in Kontakt kommen, d.h. es erfolgt kein vorheri- ges Verdampfen des wässrigen Trägermediums. Die Füllstoffe agglomerieren während des injektions- und Mischprozesses nicht.

Die Bezeichnung„Schmelze“ im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfin- dung bezeichnet nicht nur die noch verbleibenden polymeren Anteile in aufge- schmolzener Form, sondern auch die möglicherweise infolge der bereits durch- geführten Rückreaktion in der Mischung zunehmend enthaltenen aufgespalte- nen Polymermoleküle und monomeren Anteile. Die im nächsten Schritt durchzuführende Entfernung der Trägerflüssigkeit geht damit einher, dass die Viskosität der Polymerschmelze wieder deutlich erhöht wird. Denn indem beispielsweise Wasser, das die Trägerflüssigkeit für die Füll- stoffe bildet, der Mischung von Polymeren, Monomeren, Füllstoffen und eben Trägerflüssigkeit entzogen wird, wird deutlich mehr als nur eine mechanische Abscheidung der Trägerflüssigkeit bewirkt. Durch Entfernung des Wassers bei gleichzeitig fortwährendem Einfluss von Druck und Temperatur setzt vielmehr wieder eine Polykondensation als chemische Bildungsreaktion ein, wodurch Molekülketten wieder miteinander verbunden oder mit Monomeren verlängert werden , so dass die Viskosität ansteigt.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt also darin, eine Flüssigkeit nicht nur als temporären Träger der Füllstoffe zu nutzen, sondern gleichzeitig zur vorüber- gehenden chemischen Veränderung desjenigen Polymers, in das die Füllstoffe eingemischt werden sollen. Dadurch ist temporär die feine Durchmischung leicht erreichbar, und am Ende kommt das Polymer mit den alten Eigenschaf- ten wie zuvor oder sogar mit einer für den jeweiligen Anwendungszweck an- gepassten und damit optimierten Viskosität wieder aus dem Prozess heraus.

Zur Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen, Polymer-Eingangsmaterial über einen Eingangstrichter in einen Doppelschneckenextruder einzugeben und anschließend das Polymer-Eingangsmaterial im Doppelschneckenextru- der zu erschmelzen. Darauffolgend wird im Doppelschneckenextruder über eine Förder- und Mischstrecke ein Druck in der Schmelze aufgebaut. Nach Aufbau des Drucks wird in einer im Anfangsbereich der Förder- und Mischstre- cke angeordneten Zuspritzkammer eine aus den Füllstoffen und einer Träger- flüssigkeit bestehende Suspension in die Schmelze injiziert, wobei der Druck im Doppelschneckenextruder bzw. in der Zuspritzkammer in Abhängigkeit von Polymer-Eingangsmaterial und Suspension im Bereich 50 bar, bevorzugt 25 bar, und insbesondere auf etwa 5 bar oberhalb bis unterhalb der Phasenum- wandlungsgrenze der Trägerflüssigkeit eingestellt oder geregelt wird. Dadurch wird die Suspension mit dem Polymer-Eingangsmaterial unter Erniedrigung der Schmelze-Viskosität homogen vermischt, und die homogene Polymer-Mi- schung wird am Ende der Förder- und Mischstrecke in einen Entgasungsext- ruder überführt. Dabei wird in dem Entgasungsextruder durch Anlegen eines Vakuums die Trägerflüssigkeit unter Erhöhung der Schmelze-Viskosität aus der Polymer-Mischung verdampft und abgeführt, während die Füllstoffe in der Polymer-Mischung homogen verteilt bleiben, so dass eine feinst verteilte Füll- stoffe aufweisende Polymer-Schmelze entsteht, die anschließend aus dem Entgasungsextruder abgegeben wird.

Von Vorteil ist, wenn über eine Regelvorrichtung ein Anfahrprozess initiiert wird, bei dem in die Förder- und Mischstrecke zunächst nur Trägerflüssigkeit injiziert wird, so dass das Polymer-Eingangsmaterial niedrigviskoser wird, und dass nach anschließendem Umschalten durch die Regelvorrichtung von Trä- gerflüssigkeit-lnjektion auf Suspensions-Injektion die Suspension gleich in die niedrigviskose Schmelze eingemischt werden kann. Dadurch wird erreicht, dass entgegen der üblichen Ver- und Bearbeitungsweise von z.B. Polyester dieses durch Wasserinjektion niedrigviskos wird. Beim Umschalten von der Wasserinjektion auf die wässrige Suspension können somit die Füllstoffpartikel umgehend und ohne großen Kraftaufwand sehr gut in die niedrigviskose Schmelze eingemischt werden. Der wässrige Bestandteil der Suspension sorgt dafür, dass das nachgeschobene und frisch aufgeschmolzene Polymer-Mate- rial durch eine hier gewollte, üblicherweise jedoch möglichst vermiedene Hyd- rolyse ebenfalls niedrigviskoser wird, woraus sich der Vorteil des leichten und guten Einarbeitens der Füllstoffpartikel in die Polymer- Schmelze ergibt.

Es hat sich bewährt, dass der Druck in der Zuspritzkammer zwischen 20 bar und 200 bar geregelt wird, wobei ein Drucksensor in der Zuspritzkammer die Druck-Istwerte an die Regelvorrichtung gibt, welche den Soll-Druck durch Be- einflussung einer einstellbaren Schmelze-Drossel, die zwischen dem Doppel- schneckenextruder und dem Entgasungsextruder angeordnet ist, und/oder ei- ner Suspensionspumpe vorgibt. Von Vorteil ist, dass bei vorgegebener Durchflussmenge und Durchflussge- schwindigkeit die Regelvorrichtung durch Einstellung des Unterdrucks die Eva- kuierungsleistung im Entgasungsextruder regelt, wodurch die Viskosität der ausgetragenen Schmelze einstellbar ist.

Ein besonderer Vorzug ergibt sich, wenn die Zeit zwischen Suspensions-Injek- tion und Evakuierungsbeginn mehr als 1 Sekunde und weniger als 30 Sekun- den beträgt.

Der Umkehrung der Viskosität von niedrigviskos auf hochviskos durch Entzug des Wassers sind materialabhängig zeitliche Grenzen gesetzt. Wird die Zeit zwischen der Injektion des Wassers bzw. der wässrigen Suspension und dem Entgasungsvorgang zu groß, lässt sich die Viskosität nicht mehr im gewünsch- ten Maße reversieren, so dass das Zeitfenster größer 1 Sekunde und weniger als 30 Sekunden eingehalten werden sollte.

Bedeutsam ist, dass durch die Evakuierung mindestens 90 %, vorzugsweise mindestens 99 % der Trägerflüssigkeit innerhalb von 1 bis 10 Sekunden aus der Schmelze entzogen werden. Dieses schnelle Entziehen der Trägerflüssig- keit in einer Stufe ist notwendig, um zu verhindern, dass die Umkehrung der Viskosität von niedrigviskos auf hochviskos durchgeführt werden kann, ohne dass die Schmelze Schaden nimmt. So darf eine Addition des Zeitfensters zum Einmischen der wässrigen Suspension in die Schmelze und der Abschluss des anschließenden Evakuierens ca. 30 Sekunden nicht überschreiten, da ansons- ten je nach verwendetem Polymer Schäden an diesem zu verzeichnen sind.

Um ein derartig schnelles Entgasen der Schmelze zu erreichen, ist es zweck- mäßig, das Vakuum am Entgasungsextruder zwischen 40 mbar und 0,01 mbar einzustellen.

Es hat sich bewährt, dass die zugeführte Suspensionsmenge zwischen 0,02 und 25 Volumenprozent der Polymermenge beträgt. Dadurch lässt sich die nach der Erfindung bewusst hervorgerufene, üblicher- weise jedoch zu vermeidende Hydrolyse so steuern, dass am Ende die ge- wünschte Viskosität der Füllstoffpartikel aufweisenden Polymer-Schmelze er- halten werden kann.

Zur optimalen Aufrechterhaltung bzw. besseren Regelung des Drucks in dem Doppelschneckenextruder wird vorgeschlagen, dass im Bereich der Zuspritz- kammer inertes Gas zudosiert wird. Dabei kann es sich um Kohlendioxid, Stick- stoff oder aber auch um ein Edelgas handeln, wobei z.B. Kohlendioxid auf den Prozess der Homogenisierung positiv einwirkt, da sich Kohlendioxid sowohl im Wasser als Trägerflüssigkeit als auch in der Polymer-Schmelze in größeren Mengen löst, und - wie schon das Wasser - die Viskosität der Schmelze zu- sätzlich reduziert und den Phasenübergang des Wassers von flüssig zu gas- förmig wesentlich beeinflusst.

Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe insbesondere durch eine Kaskadenschal- tung eines Doppelschneckenextruders zum Erschmelzen von Polymer-Aus- gangsmaterial und zum Mischen mit einer Suspension mit einem einschächti- gen Entgasungsextruders gelöst, wobei der Kaskadenschaltung eine Regel- vorrichtung zugeordnet ist, die sowohl das Anfahren der Kaskadenschaltung als auch die eigentliche Produktion des feinst verteilte Füllstoffe aufweisenden Polymere regelt.

Durch die Kaskadenschaltung eines Doppelschneckenextruders zum Er- schmelzen und Mischen, der ohne Vakuumanschluss kostengünstig zu erstel- len und ohne Vakuum günstig zu betreiben ist, und eines Entgasungsextruders werden zwei getrennt voneinander antreibbare Extruder verwendet, die jeder für sich auf optimaler Drehzahl und Leistungsaufnahme geregelt werden kön- nen, so dass im Doppelschneckenextruder optimale Bedingungen für das Er- schmelzen des Eingangsmaterials, das Einbringen der Suspension sowie das Mischen im Entgasungsextruder die optimalen Eigenschaften für das Entzie- hen der Trägerflüssigkeit eingestellt werden können. Von Vorteil ist dabei, dass der Entgasungsextruder einen in einer Evakuie- rungstrommel angeordneten Mehrschneckenextruderteil aufweist, der im We- sentlichen aus einem drehbar angetriebenen, die mehreren Schnecken in zy- linderförmigen Ausnehmungen aufnehmenden Führungskörper besteht, wobei die zylinderförmigen Ausnehmungen des Führungskörpers die Schnecken in ihrer jeweiligen Längsausdehnung größer 180° und kleiner 360° umschließen, und die so entstehenden Öffnungsschlitze auf die Wandung der Evakuierungs- trommel ausgerichtet sind, und wobei die Schnecken in dem Führungskörper über Zahngetriebe drehangetrieben sind.

Der Einsatz eines Entgasungsextruders, wie er im Wesentlichen aus der EP 1 434 680 B1 bekannt ist, gewährleistet, dass die Schmelze während des Transports durch den Mehrschneckenextruderteil einen großen Oberflächen- austausch erfährt, wodurch das Vakuum großflächig mit der Schmelze in Kon- takt kommen kann, so dass in der Schmelze enthaltene Wasser sehr schnell verdampfen und der Schmelze effektiv entzogen werden kann.

Vorteilhaft ist, dem Doppelschneckenextruder im Bereich der Zuspritzkammer mindestens eine permanent offene Einspritzdüse zu zuordnen und die Ein- spritzdüse/n mit einer Trägerflüssigkeitszuführung und / oder mit einer Suspen- sionspumpe zu verbunden, wobei die Suspensionspumpe mit einem, ein Rühr- werk aufweisenden Suspensionssilo gekoppelt ist.

Damit die Füllstoffpartikel in der Suspension nicht ausfallen oder ggf. agglome- rieren, ist zunächst der Einsatz eines Rührwerks vorgesehen. Aber auch der Einsatz der offenen Einspritzdüse, die der Suspensionen kein weiteres Hinder- nis bietet, an dem es zur Agglomeration der Füllstoffpartikel kommen könnte, trägt dazu bei, dass tatsächlich Füllstoffe mit Partikelgrößen kleiner 10 pm vor- zugsweise Nanopartikel mit Partikelgrößen im Bereich 200 nm bis 300 nm und nicht Agglomerate von Füllstoffpartikeln in die Schmelze gelangen, so dass da- mit eine besonders schnelle Einmischung der Füllstoffpartikel, und eine gute homogene Mischung der Schmelze mit den Füllstoffpartikeln möglich ist. Vorteilhaft ist auch, die mindestens eine Einspritzdüse gegenüber der Zuspritz- kammer thermisch zu isolieren und / oder separat zu temperieren. Dadurch ist gewährleistet, dass die Trägerflüssigkeit der Suspension, z.B. Wasser, nicht eventuell doch schon zu verdampfen beginnt, bevor die Suspension den In- nenraum des Doppelschneckenextruders erreicht.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt einen Doppelschneckenextruder 1 sowie einen Entgasungs- extruder 2, die beide in Kaskadenform hintereinandergeschaltet sind. Der Dop- pelschneckenextruder weist einen Eingangstrichter 3 auf, über den Polymer- Eingangsmaterial gravimetrisch dem Doppelschneckenextruder zugeführt wer- den kann. Im Doppelschneckenextruder 1 wird das Polymer-Eingangsmaterial plastifiziert und über eine Förder- und Mischstrecke 4 zum Ausgang 5‘ des Doppelschneckenextruders 1 transportiert. Der Ausgang 5‘ des Doppelschne- ckenextruders 1 geht über eine Drossel 5 direkt in den Eingang 6 des Entga- sungsextruders 2 über.

Im Bereich der Förder- und Mischstrecke 4 weist der Doppelschneckenextru- der 1 eine Zuspritzkammer 7 mit Einspritzdüse 7‘ auf, die von einer Wasserzu- führung 8 bzw. einer Suspensionspumpe 9 gespeist werden kann, wobei die Suspensionspumpe 9 die Suspension aus einem Suspensionssilo 10 abzuzie- hen vermag. Das Suspensionssilo 10 weist Rührwerke 1 1 auf, über welche die Füllstoffpartikel möglichst gleichmäßig in der Suspension verteilt bleiben, ohne dass es zur Agglomeration der Füllstoffpartikel in der Suspension kommt.

Der Entgasungsextruder 2 weist einen Vakuumanschluss 12 auf, d.h. in die- sem Fall nur einen Entgasungsschacht, über den im Bereich einer Evakuie- rungstrommel 13 die aus dem Doppelschneckenextruder 1 in den Entgasungs- extruder 2 geförderte Schmelze entgast werden kann.

Die Schmelze wird über einen Austrag 14, z. B. eine Schnecke oder Pumpe, einem Austragwerkzeug 15 zugeführt. Eine Regelvorrichtung 16 ist mit dem Antrieb 17 des Doppelschneckenextru- ders 1 sowie mit dem Antrieb 18 des Entgasungsextruders 2 gekoppelt. Damit lassen sich der Plastifizier- und Mischvorgang, sowie der Entgasungsvorgang getrennt voneinander und jeweils für sich optimal regeln. Über die Regelvor- richtung 16 werden, im Einzelnen nicht dargestellt, auch der Einzug des Ein- gangstrichter 3, die Suspensionspumpe 9, das Rührwerk 1 1 , die Wasserzufüh- rung 8, einstellbare Förder- und Scherelemente 19 des Entgasungsextruders 2, der Vakuumanschluss 12, oder der Austrag 14 geregelt. Aber auch weitere, nicht dargestellte Sensoren, wie z. B. die Druckerfassung 20 oder Druckmes- ser am Vakuumanschluss, Temperaturfühler, Drehzahlmesser usw. geben Sig- nale auf die Regelvorrichtung 16, über welche sowohl das Anfahren als auch die Produktion über die Kaskadenschaltung geregelt wird.

Im Doppelschneckenextruder 1 wird zunächst das Polymer-Eingangsmaterial plastifiziert und über die Förder- und Mischstrecke 4 zum Ausgang 5 transpor- tiert. Die Regelvorrichtung 16 regelt dabei den Antrieb 17 bezüglich Drehzahl und Leistung sowie in Abhängigkeit der Signale eines Drucksensors 21 die Drossel 5 bezüglich des Druckaufbaus in der Förder- und Mischstrecke 4.

Über einen ebenfalls von der Regelvorrichtung 16 regelbaren Gasanschluss 22 kann Inertgas in die Zuspritzkammer 7 unter entsprechend regelbarem Druck eingespeist werden, um die Viskosität der Schmelze noch besser beein- flussen zu können.

Für den Anfahrprozess wird über die Regelvorrichtung 16 zunächst die Was- serzuführung 8 eingeschaltet, während die Suspensionspumpe 9 noch nicht angetrieben wird. Nachdem auf der Förderstrecke ein entsprechender Druck aufgebaut ist, der durch den Drucksensor 21 ermittelt werden kann, und die Polymer-Schmelze durch die Wasserzufuhr eine gewünscht niedrige Viskosität aufweist, wird über die Regelvorrichtung 16 die Wasserzufuhr 8 abgeschaltet und die Suspensionspumpe 9 eingeschaltet, so dass anschließend durch die Suspensionspumpe 9 die Suspension aus dem Suspensionssilo 10 in den Doppelschneckenextruder 1 gefördert werden kann. Hier wird die Suspension unter Regelung der Drehzahl und der Leistung des Antriebs 17 möglichst opti- mal in die Polymer-Schmelze eingemischt. Nachdem die so gemischte Poly- mer-Schmelze den Doppelschneckenextruder 1 verlassen hat, wird die Schmelze über Förder- und Scherelemente 19 in die Evakuierungstrommel 13 des Entgasungsextruders 2 gegeben. Die Förder- und Scherelemente 19 und die Signale der Druckerfassung 20 dienen dabei dazu, die Schmelze vor dem Eintritt in die Evakuierungstrommel 13 so zu dosieren, dass in der Evakuie- rungstrommel eine optimale Menge an Schmelze vorliegt, die hier über Schne- cken umgewälzt und transportiert wird, wobei die Schmelze dem Vakuum eine möglichst große und sich ständig erneuernde Oberfläche bietet, so dass die Entgasung der Schmelze sehr schnell und effektiv erfolgen kann. Dadurch wird, obwohl über die Evakuierungstrommel auch Scherkräfte in die Schmelze eingebracht werden, die Kettenlänge der Polymermoleküle wieder länger. Die Polymer-Schmelze wird höher viskos. Über die Einstellung des Vakuums mit- tels der Regelvorrichtung 16 lässt sich bei voreingestellter Durchflussmenge und Durchflussgeschwindigkeit die gewünschte Viskosität der Polymer- Schmelze einstellen.

Am Ende der Evakuierungstrommel wird die Schmelze über den Austrag 14, dem Austragwerkzeug 15 zugeführt.

Bezugszeichenliste

1 Doppelschneckenextruder

2 Entgasungsextruder

3 Eingangstrichter

4 Förder- und Mischstrecke

5 Drossel

5‘ Ausgang

6 Eingang

7 Zuspritzkammer

7‘ Einspritzdüse

8 Wasserzuführung

9 Suspensionspumpe

10 Suspensionssilo

11 Rührwerk

12 Vakuumanschluss

13 Evakuierungstrommel

14 Austrag

15 Austragwerkzeug

16 Regelvorrichtung

17 Antrieb

18 Antrieb

19 Förder- und Scherelemente

20 Druckerfassung

21 Drucksensor

22 Gasanschluss

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Polymeren, in welchen Füllstoffe eingear- beitet und homogen verteilt sind, wobei:

die Partikelgrößen der Füllstoffe kleiner 10 gm sind;

ein Polymer-Eingangsmaterial in einen Doppelschneckenextruder (1 ) eingegeben und dort zu einer Schmelze aufgeschmolzen wird, in einer Förder- und Mischstrecke (4) eine Suspension, die aus den Füllstoffen und einer Trägerflüssigkeit besteht, in die Schmelze inji- ziert wird dadurch gekennzeichnet,

dass die Schmelzeviskosität durch Einspritzen der Trägerflüssigkeit in der Förder- und Mischstrecke (4) erniedrigt wird, indem als Polymer ein spaltbares Polykondensat und als Trägerflüssigkeit das bei der Polykondensation anfallende niedermolekulare Abspaltprodukt ver- wendet werden, so dass das aufgeschmolzene Polymer innerhalb der Förder- und Mischstrecke (4) wenigstens teilweise depolymerisiert wird;

dass die Mischung, die aus der durch Aufspaltung in ihrer Viskosität reduzierten Schmelze, der restlichen Trägerflüssigkeit und den Füll- stoffen besteht, homogenisiert wird,

dass die Viskosität der Schmelze nach der Homogenisierung ab- schließend wieder erhöht wird, wozu ein Entgasungsextruder (2) ver- wendet wird, in welchem zur Viskositätserhöhung eine Polykondensa- tion durchgeführt wird, indem ein Vakuum angelegt und das Abspalt- produkt mittels des Vakuums aus dem Entgasungsextruder (2) abge- schieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Einlei- tung der Abspaltung Trägerflüssigkeit in die Schmelze injiziert wird, bevor die Suspension injiziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

dass als Polymer ein hydrolysierbares Polykondensat und als Träger- flüssigkeit Wasser verwendet werden, so dass die Schmelze inner- halb der Förder- und Mischstrecke (4) hydrolysiert wird;

dass die Mischung aus der durch Hydrolyse in ihrer Viskosität redu- zierten Schmelze, des restlichen Wassers und den Füllstoffen homo- genisiert wird, und

dass die Viskosität der Schmelze nach der Homogenisierung ab- schließend wieder erhöht wird, wozu ein Entgasungsextruder (2) ver- wendet wird, in welchem zur Viskositätserhöhung eine Polykondensa- tion durchgeführt wird, indem ein Vakuum angelegt und das Wasser mittels des Vakuums aus dem Entgasungsextruder (2) abgeschieden wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein Polyester ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymer ein unter Abspaltung eines einwertigen oder mehrwer- tigen Alkohols hergestelltes Polykondensat ist und als Trägerflüssigkeit ein einwertiger oder ein mehrwertiger Alkohol verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelvorrichtung (16) die einzelnen Verfahrensschritte re- gelt, über welche ein Anfahrprozess initiiert wird, bei dem zunächst nur Trägerflüssigkeit in die Förder- und Mischstrecke (4) injiziert wird, so dass das Polymer-Eingangsmaterial niedrigviskoser wird, und dass nach anschließendem Umschalten durch die Regelvorrichtung (16) von Trägerflüssigkeit-Injektion auf Suspension-Injektion die Sus- pension in die niedrigviskose Schmelze eingemischt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in einer Zuspritzkammer (7) des Doppelschneckenextru- ders (1 ) zwischen 25 bar und 50 bar beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Zuspritzkammer (7) auf 5 bar oberhalb bis unterhalb der Phasenum- wandlungsgrenze der Trägerflüssigkeit eingestellt oder geregelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Zuspritzkammer (7) zwischen 20 bar und 200 bar geregelt wird, wobei ein Drucksensor (21 ) in der Zuspritzkammer (7) die Druck-Ist- werte an die Regelvorrichtung (16) gibt, welche den Soll-Druck durch Be- einflussung einer einstellbaren Schmelze-Drossel (5), die zwischen dem Doppelschneckenextruder (1 ) und dem Entgasungsextruder (2) angeord- net ist und/oder einer Suspensionspumpe (9) vorgibt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Zuspritzkammer zur Aufrechterhaltung bzw. besse- ren Regelung des Drucks ein inertes Gas zudosiert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (16) die Evakuierungsleistung im Entgasungs- extruder (2) durch Einstellung des Unterdrucks bei vorgegebener Durch- flussmenge und Durchflussgeschwindigkeit regelt, wodurch die Viskosität der ausgetragenen Schmelze einstellbar ist.